Технология корпускулярно - лучевого формообразования

В настоящее время существуют два направления корпускулярно - лучевого формообразования: локально - стимулированный рост (осаждение или полимеризация) и локально-стимулированное прецизионное травление, в основе которых лежит воздействие на среду или материал концентрированного потока энергии (световые, электронные, ионные пучки) управляемого во времени и пространстве. Традиционной технологией формирования объемного рисунка в стекле, полимерах, керамике является обработка объекта остросфокусированным лазерным пучком (лазерное микрофрезирование).

Данный вид воздействия в зависимости от локально выделяемой мощности (105–109 Вт/см2), длительности и скважности воздействия, поглощающей способности обрабатываемого материала и его температуропроводности позволяет осуществлять как процессы модифицирования материалов, так и удаления за счет испарения. На пространственное разрешение наряду с особенностями фокусировки лазерного излучения влияют все ранее перечисленные параметры пучка, определяющие его энергетические и временные характеристики, а также физические свойства материала, подвергаемого воздействию. Изменение глубины фокуса наряду с вариацией ранее указанных параметров позволяет переходить от поверхностной к объемной микрообработке объектов.

В последнее время за рубежом применительно к решению задач формирования трехмерных микрообъектов интенсифицировались работы в области локального стимулированного роста ЗВ - структур сложной конфигурации (пружины, клапаны). Существует два основных направления получения объемных микрообъектов за счет лазерной стимуляции:

• лазерное осаждение из газовой фазы (LCVD);

• фотостимулированная полимеризация.

Последний вариант получения объемных микрообъектов из полимеров назван микростереолитографией. Осаждение и полимеризация осуществляются слой за слоем и позволяют реализовать разнообразные трехмерные объекты размером до нескольких миллиметров с микронным разрешением.

Достоинствами лазерного формообразования являются:

• возможность реализации операций в открытых не вакуумных системах, что упрощает позиционирование и перемещение объекта;

• возможность работы не только с плоскими (планарными) объектами, но и с «заготовками» сложной формы;

• доступность формирования на объекте в едином технологическом цикле сложных тополого-морфологических картин с изменяющимися геометрическими размерами в трех измерениях, приемлемым пространственным разрешением (единицы микрон) и глубиной обработки до нескольких миллиметров;

• возможность обеспечения высокой степени автоматизации обработки, гибкость процесса и перестраиваемость в реальном масштабе времени;

• возможность не только осуществлять локальное поверхностное или объемное нанесение или удаление материала, но и модифицирование его свойств, определяющее изменение физико-химических характеристик (например, структуры или фазового состава, механической прочности или растворимости).

В качестве недостатков метода лазерного формообразования можно отметить:

• невысокую производительность метода из - за индивидуального характера обработки;

• остаточные явления в материале из - за «паразитного» воздействия лазерного излучения в зоне обработки и необходимости рассеяния значительной энергии в малых объемах;

• относительно высокую сложность систем пространственного позиционирования пучка и объекта при необходимости иметь микронное пространственное разрешение и высокие скорости обработки;

• ограниченный срок службы дорогостоящих оптических систем при использовании высокоэнергетических воздействий.

Наряду с лазерным формообразованием возможно применение электронной, ионной и плазменной микрообработки. Однако особенности получения фокусировки и позиционирования данных видов воздействий, позволяющих обеспечить субмикронное разрешение, требуют использования вакуумных технологических систем, а также создают существенные ограничения по глубинам обработки в условиях проведения пространственно-прецизионных операций.

В заключение обратим внимание и на тот факт, что использование при создании микросистем групповых принципов производства создает предпосылку снижения себестоимости продукции, которая может быть доступна более широкому кругу потребителей в сфере науки, образования, здравоохранения, а также, безусловно, в промышленности, в том числе в условиях малых и средних фирм.